粉煤灰活性激发方式及机理

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1 粉煤灰的定义
粉煤灰是燃煤电厂中煤粉燃烧后产生的固体废弃物，主要由
Al2O3、SiO2、Fe2O3、CaO、TiO2、MgO、Na2O 等组成，其表
面存在大量羟基，在松散状态下具有良好的渗透性。全球每年产生粉
煤灰约为 60～80 亿t，其中中国的粉煤灰产量约占 18%。与发达国
家相比，中国粉煤灰的平均综合利用率偏低，仅为 70%。粉煤灰的日
益累积会占用大量的土地资源从而破坏耕地、改变土壤的酸碱度，进
一步影响动植物、微生物生存，给环境造成巨大压力。
目前国内低品质粉煤灰排放量大、活性有限，导致其利用率较低。激
发低品质粉煤灰的潜在活性是提高粉煤灰综合利用率的关键。
2 粉煤灰的活性来源
2.1 粉煤灰的物理活性
粉煤灰的物理活性主要是粉煤灰的形态效应和微集料效应，与粉煤灰
的化学性质无关。形态效应是利用粉煤灰中的球形玻璃体充当滚珠轴
承来提高混凝土拌合物的流动性和保水性。微集料效应则是通过粉煤
灰微小颗粒充当集料填充浆体中的孔隙来提高材料的密实性。研究发
现，经磨细加工后的粉煤灰与其他物料颗粒形成合理的级配，有效改
善了混凝土的早期抗压强度[4]。
2.2 粉煤灰的化学活性
粉煤灰的化学活性来源于熔融后被迅速冷却而形成的玻璃态颗粒（多
孔玻璃体和玻璃珠）中溶出的活性 SiO2 和Al2O3，其与水泥水化形
成的 Ca(OH)2 反应生成水化硅酸钙(C-S-H)和水化铝酸钙(C-A-H)等
胶凝产物。
由于球形玻璃体表面致密的氧化物壳层，在常温常压下具有良好的化
学稳定性。目前粉煤灰活性的激发有 3个基本思路：一是“补钙”；二是
破坏粉煤灰球形玻璃体表面致密的氧化物壳层，使活性物质得到释放；
三是在活性物质释放的同时，能够生成大量增强粉煤灰材料抗压强度
的胶凝产物。

3 粉煤灰活性激发方式及机理

3.1 物理激发

物理激发活性分为两方面：一方面粉碎粗大多孔的玻璃体颗粒，增加

比表面积，改善颗粒级配；另一方面破坏玻璃体的表面致密结构，使

内部活性 SiO2 与Al2O3 溶出，提高其活性。

Kumar 等[将粉煤灰分别粉磨 5、10、20、30、45、60、90 min，

发现粉煤灰经机械粉磨后发生破裂，石英和莫来石结晶度降低，无定

形SiO2 含量增加。Du 等[6]研究发现，在粉煤灰等量取代 70%水泥

的条件下，粉磨 20 min 时粉煤灰的活性激发效果最好，与水泥的水

化反应速率最快，其净浆试块的28 d 抗压强度达到 16 MPa，比未研

磨的粉煤灰抗压强度提高了 40%。

图1 机械粉磨粉煤灰示意图

3.2水热激发

水热激发是指粉煤灰在蒸汽养护的水热条件下，玻璃体的网络结构遭

到破坏，硅氧四面体[SiO4]聚合体解聚成单聚体和双聚体，玻璃体中

的活性 Al2O3、SiO2 溶出。罗忠涛等研究发现，粉煤灰在 80℃碱性

水热条件下（反应过程如图 2所示）活性 SiO2 和活性 Al2O3 的溶出

量随龄期增长（1～14 d）呈快速增长趋势。Ma 等研究发现，在 1

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摘要：

1粉煤灰的定义粉煤灰是燃煤电厂中煤粉燃烧后产生的固体废弃物，主要由Al2O3、SiO2、Fe2O3、CaO、TiO2、MgO、Na2O等组成，其表面存在大量羟基，在松散状态下具有良好的渗透性。全球每年产生粉煤灰约为60～80亿t，其中中国的粉煤灰产量约占18%。与发达国家相比，中国粉煤灰的平均综合利用率偏低，仅为70%。粉煤灰的日益累积会占用大量的土地资源从而破坏耕地、改变土壤的酸碱度，进一步影响动植物、微生物生存，给环境造成巨大压力。目前国内低品质粉煤灰排放量大、活性有限，导致其利用率较低。激发低品质粉煤灰的潜在活性是提高粉煤灰综合利用率的关键。2粉煤灰的活性来源2.1粉煤灰的物理活性粉煤灰...

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